壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)原理及其在汽車測(cè)試中的應(yīng)用研究(已修改)
2025-04-05 23:26 本頁面
【正文】 壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)原理及其在汽車測(cè)試中的應(yīng)用研究摘要：分析了壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及相關(guān)應(yīng)用電路，介紹了壓阻式傳感器發(fā)展?fàn)顩r以及它在汽車測(cè)試中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：傳感器，壓阻，汽車，測(cè)試一 壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)原理 壓阻式傳感器（piezoresistance type transducer）是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測(cè)量電路就可得到正比于力變化的電信號(hào)輸出。壓阻式傳感器用于壓力、拉力、壓力差和可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何?、加速度、重量、?yīng)變、流量、真空度）的測(cè)量和控制。 壓阻式傳感器可分為粘貼型壓阻式傳感器(傳感元件是用半導(dǎo)體材料的體電阻制成的粘貼式應(yīng)變片)和擴(kuò)散型壓阻式傳感器(它的傳感元件是利用集成電路工藝，在半導(dǎo)體材料的基片上制成的擴(kuò)散電阻。 半導(dǎo)體電阻率 πl(wèi)為半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)，它與半導(dǎo)體材料種類及應(yīng)力方向 與晶軸方向之間的夾角有關(guān)；E為半導(dǎo)體材料的彈性模量，與晶向有關(guān)。 對(duì)半導(dǎo)體材料而言，πl(wèi) E (1+μ)，故(1+μ)項(xiàng)可以忽略 半導(dǎo)體材料的電阻值變化，主要是由電阻率變化引起的，而電阻率ρ的變化是由應(yīng)變引起的 半導(dǎo)體單晶的應(yīng)變靈敏系數(shù)可表示 半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏系數(shù)還與摻雜濃度有關(guān)，它隨雜質(zhì)的增加而減小晶向的表示方法 結(jié)晶體是具有多面體形態(tài)的固體，由分子、原子或離子有規(guī)則排列而成。這種多面體的表面由稱為晶面的多個(gè)平面圍合而成，晶面與鏡面相交的直線稱為晶棱，晶棱的交點(diǎn)稱為晶體的頂點(diǎn)。 硅為立方晶體結(jié)構(gòu)。為了說明晶格點(diǎn)陣的配置和確定晶面的位置， 通常引進(jìn)一組對(duì)稱軸，稱為晶軸，用X、Y、Z表示。z x xyzy 對(duì)于同一單晶，不同晶面上原子的分布不同。各鏡面上的原子密度不同，所表現(xiàn)出的性質(zhì)也不相同。單晶硅是各向異性材料，取向不同，則壓阻效應(yīng)不同。硅壓阻傳感器的芯片，就是選擇壓阻效應(yīng)最大的晶向來布置電阻條。同時(shí)利用硅晶體各向異性、腐蝕速率不同的特性，采用腐蝕工藝來制造硅杯形的壓阻芯片。影響壓阻系數(shù)的因素影響壓阻系數(shù)大小的主要因素是擴(kuò)散雜質(zhì)的表面濃度和環(huán)境溫度。壓阻系數(shù)與擴(kuò)散雜質(zhì)表面濃度Ns的關(guān)系如圖所示。壓阻系數(shù)隨擴(kuò)散雜質(zhì)濃度的增加而減?。槐砻骐s質(zhì)濃度相同時(shí)，P型硅的壓阻系數(shù)值比N型硅的（絕對(duì)）值高，因此選P型硅有利于提高敏感元件的靈敏度。 當(dāng)力作用于硅晶體時(shí)，晶體的晶格產(chǎn)生變形,使載流子從一個(gè)能谷向另一個(gè)能谷散射,引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動(dòng)了載流子縱向和橫向的平均量，從而使硅的電阻率發(fā)生變化。這種變化隨晶體的取向不同而異，因此硅的壓阻效應(yīng)與晶體的取向有關(guān)。硅的壓阻效應(yīng)不同于金屬應(yīng)變計(jì)（見電阻應(yīng)變計(jì)），前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化（應(yīng)變），而且前者的靈敏度比后者大50～100倍。 結(jié)構(gòu)與工作原理（1） 體型半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片 結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)： 主要優(yōu)
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